Их результаты были опубликованы сегодня в журнале Cell. Все клетки, составляющие наши органы, происходят из стволовых клеток. Они делятся, и полученные клетки превращаются в специфические тканевые клетки, формирующие мозг, легкие или костный мозг.
Однако с возрастом стволовые клетки живых организмов теряют способность к размножению. Многие из них впадают в постоянное состояние покоя.
Чтобы создать как можно более точные вычислительные модели поведения стволовых клеток, группа вычислительной биологии LCSB под руководством профессора. Антонио дель Соль применил новый подход. "Стволовые клетки живут в нише, где они постоянно взаимодействуют с другими клетками и внеклеточными компонентами. Такое множество сложных молекулярных взаимодействий чрезвычайно сложно смоделировать на компьютере. Итак, мы изменили перспективу.
Мы перестали думать о том, какие внешние факторы влияют на стволовые клетки, и начали думать о том, каким будет внутреннее состояние стволовой клетки в ее четко определенной нише."
Новый подход привел к новой вычислительной модели, разработанной доктором. Шрикант Равичандран из группы вычислительной биологии: «Наша модель может определить, какие белки отвечают за функциональное состояние данной стволовой клетки в ее нише – то есть будет ли она делиться или оставаться в состоянии покоя. Наша модель основана на информации о том, какие гены транскрибируются.
Современные технологии клеточной биологии позволяют профилировать экспрессию генов при разрешении отдельных клеток."
Ранее было неизвестно, почему большинство стволовых клеток в головном мозге старых мышей остаются в состоянии покоя.
На основе своей вычислительной модели исследователи из LCSB идентифицировали молекулу под названием sFRP5, которая удерживает нейрональные стволовые клетки в неактивном состоянии у старых мышей и предотвращает пролиферацию, блокируя путь Wnt, важный для дифференцировки клеток.
Омоложение клеток
Затем появился многолетний опыт сотрудников Немецкого центра исследований рака (DKFZ) в области нейронных стволовых клеток: изучая стволовые клетки сначала в чашке, а затем непосредственно на мышах, они могли экспериментально подтвердить расчетное предсказание.
При нейтрализации действия sFRP5 покоящиеся стволовые клетки действительно начали более активно пролиферировать. Таким образом, они снова стали доступны для участия в процессах регенерации стареющего мозга. «При деактивации sFRP5 клетки претерпевают своего рода омоложение», – говорит дель Соль: «В результате соотношение активных и спящих стволовых клеток в головном мозге старых мышей становится почти таким же благоприятным, как и у молодых животных."
«Наши результаты представляют собой важный шаг на пути к внедрению методов лечения на основе стволовых клеток, например, при нейродегенеративных заболеваниях», – говорит Антонио дель Соль. «Мы смогли показать, что с помощью вычислительных моделей можно идентифицировать важные особенности, которые характерны для определенного состояния стволовых клеток.«Этот подход не ограничивается изучением мозга.
Его также можно использовать для моделирования стволовых клеток других органов тела. «Есть надежда, что это откроет возможности для регенеративной медицины», – говорит дель Соль.